产品・应用国内复合材料气瓶发展及气瓶标准概况张　洁(哈尔滨玻璃钢研究院,哈尔滨150036)摘　要　本文通过对国内众多复合材料气瓶生产厂家的不同类型产品的介绍,简述了目前国内这一行业的发展情况;同时对几种主要类型气瓶的标准进行了概述。

关键词　气瓶;复合材料;标准Development and Specification Summary of Composite G as Cylinder in ChinaZH ANGJie(Harbin FRP Institute,Harbin150036)ABSTRACT　This paper summarizes domestic industry development at present and the specification of several main type gas cylinder by introduction to various type products manu factured by many gas cylinder production factories in China.KEY WORDS　G as cylinder;C om posites;specification1　前　言在经济高速发展的现代社会中,气瓶制造业被认为属于朝阳工业范畴。

气体应用技术在发达国家已经达到很高的水平,全世界已有130种气体要用气瓶充装,中国也达到了80余种。

据统计,国民生产总值每增加1%,气瓶需求量就增加1.5%,而国际市场每年大约以5%的速度增长。

全世界年需求气瓶量可达到500万支,产值约40亿美元。

这其中一部分自然也包括了新兴的以“轻质高强”为特点的复合材料气瓶。

据悉,全世界有300万只复合材料气瓶在运行。

自上世纪后半叶以来,复合材料气瓶在西方国家得到飞快的发展。

以C NG气瓶的研制和开发方面为例,美国的Lincol公司、SCI公司、和Hydospin公司都走在世界前列。

改革开放后的中国自然也应当有所作为,国内许多公司企业、科研院所以及高等院校也纷纷加入到这个行列中来,经过数年努力,他们都拿出了自己的产品或研究成果。

下面就简述国内有关单位复合材料气瓶发展的概况。

2　国内复合材料气瓶研发概况2.1　北京天海工业有限公司北京天海工业有限公司自称是“全球钢质无缝气瓶最大制造企业”。

该公司能设计、生产种类繁多的气瓶,今已有七条生产线,年产100万只气瓶。

其中一条就是从美国引进的纤维缠绕气瓶及呼吸气瓶生产线。

该公司生产车用压缩天然气、机动车用液化石油气钢瓶和缠绕气瓶。

钢质缠绕气瓶已取得美国NG V2-2000标准设计和制造许可证。

现在市面出租车上所用的C NG(压缩天然气)气瓶,多是“天海”的产品,即所谓“C NG-2型”气瓶,也就是钢质内胆外加环向纤维缠绕形式的气瓶。

纤维采用的是玻璃纤维,基体用环氧树脂。

2.2　重庆益峰高压容器有限公司重庆益峰公司是由原兵工企业“重庆益民机械厂”控股的合资企业,现已成为上海华盛企业(集团)有限公司旗下的子公司。

“益峰”在复合材料C NG 气瓶方面也是将产品定位在钢质内胆外缠绕增强纤维的气瓶位置上,也是“C NG-2”类型。

但是,这类气瓶还难以减低重量,于是,将目光放在“铝内胆”缠绕气瓶上。

有关人士说:“今后益峰公司会利用华盛集团在齐齐哈尔市的铝内胆生产基地,结合自身的技术优势,发展出适应市场高端用户需求的铝胆缠绕气瓶,但由于受价格因素的制约(铝内胆气瓶的价格要高出钢内胆气瓶好几倍),批量投放市场尚需一定时间。

”这种铝内胆外加纤维缠绕的气瓶类型属于所谓“C NG-3型”复合材料气瓶。

2.3　西安天洁航天科技有限公司西安天洁航天科技有限公司是原七机部43所第3期38　纤维复合材料N o13 2007年9月FIBER COMPOSITES Sep1,2007下属的一个股份公司。

该公司依托于航天用固体火箭发动机的纤维缠绕技术,独立开发了“C NG-4型”,即所谓“全塑复合材料气瓶”。

这类气瓶的特点是内胆采用了抗疲劳性能极好的聚乙烯塑料,外加玻璃纤维缠绕而成。

其缠绕形式要比“C NG-2型”复杂,包括纵向纤维层和环向纤维层两种方式的结构。

该公司曾设计生产能力为年产气瓶2万只。

其气瓶产品行销于本省和四川一带。

不幸的是2004年在成都市发生了一次爆瓶(造成一死一伤)的重大事故,被亮黄牌,公司受到很大的冲击,被迫停产。

也使“C NG-4”背上了“塑料瓶安全性能不可靠”的坏名声。

其实,任何一种气瓶使用不当都会产生问题。

该公司至今也不知是否已走出了低谷?2.4　四川格瑞复合材料有限公司该公司是自贡盐业“久大”集团下属的一个子公司。

该公司于2000年从德国引进缠绕设备和气瓶制造技术,也生产“C NG-4型”全塑气瓶,设计生产能力为50升玻璃钢气瓶年产5万只。

自制内胆,材料为高密度聚乙烯,滚塑成型。

初期生产玻璃钢气瓶,后来制造碳纤维复合材料气瓶。

气瓶行销于本省及中原一带。

2004年在郑州市曾发生“3.15”气瓶充气时爆炸造成人员伤亡重大事故。

但究竟是气瓶“自爆”还是“被炸”,原因不清。

由于收益回报方面的原因,该公司业已于2005年春暂停运作。

其实,对于C NG气瓶,人们还没有足够清醒的认识:车用压缩天然气(C NG)属于高压、易燃、易爆气体。

C NG汽车的贮气瓶是用于天然气的高压缩容器,具有爆炸性的危险性。

天然气的主要成分甲烷属一级可燃气体,甲类火灾危险性,爆炸极限为5%-15%(V/V),最小点火能量仅0.28m J,燃烧速度快,且热值高。

极易燃烧、爆炸,并且扩散能力强,火势蔓延迅速,一旦发生火灾难以施救。

成都玻璃钢气瓶爆炸被炒作得沸沸扬扬,其实同一时期钢瓶与复合材料瓶事故的比较,据悉四川自施行C NG以来已爆瓶八只:七只钢瓶,一只复合材料瓶。

2.5　上海康巴赛特高压容器制造公司该公司已被航天机电整体收购,成立了航天机电康巴赛特高压容器分公司。

初始,公司将产品定位于C NG气瓶的开发,但由于市场初次开发被社会认可尚待时日,公司运作几至到了难以维持的地步。

于是公司调整了开发思路,先从市场迫切需要而制造难度较低的呼吸气瓶入手,终于有了转机走出低谷。

现在已自称是“国内最大的纤维缠绕呼吸气瓶提供商之一”了。

2.6　上海德坤复合气瓶有限公司该公司是一家中美合资公司。

公司引进了德国纤维缠绕机和美国的制造技术,用以生产铝内胆碳纤维缠绕的复合材料气瓶。

该公司自述“选取了要求最严的美国国家标准DOT-CFFC2000”作为自己的参照标准。

鉴于国产铝内胆的不均匀性,公司采用了美国进口铝内胆,为保证气瓶的质量打下了基础。

该公司的空气呼吸气瓶,从2L到12L已经基本开发完毕。

下一个目标自然是C NG气瓶。

2.7　北京科泰克科技有限责任公司北京科泰克将数十年金属旋压技术,揉和了复合材料缠绕技术用于压力容器的制造,从事铝合金内胆、车用复合气瓶、呼吸气瓶等产品的开发、生产和销售。

该公司已拥有“车用复合气瓶”和“复合气瓶用铝胆”两项国家专利。

仅C NG气瓶已有从30L 到250L范围27个规格的产品。

尤其是对外可供应铝胆成品,公司从2005年开始建设第二条铝胆生产线,值得关注。

2.8　黑龙江华安工业(集团)公司地处北国的齐齐哈尔“华安”公司也研发了铝内胆纤维缠绕复合材料气瓶。

有玻璃纤维和碳纤维两种类型,50L、70L和90L三种规格的C NG气瓶,并且向外频发招商引资合作开发的信息。

2.9　沈阳中复科金压力容器有限公司该公司由连云港中复连众复合材料集团有限公司、中国科学院金属研究所和沈阳科金新材料公司等组建的股份有限公司。

碳纤维缠绕气瓶和缠绕气瓶用铝合金内胆是公司的主导产品之一。

仅铝合金内胆而言,从1.4L到20L就有14个规格之多。

铝内胆作为独立的产品销售。

2.10　其它厂商和公司由中材科技股份有限公司与北京玻璃钢研究院复合材料有限公司组成“中材科技(苏州)有限公司”,注册资金1亿元。

将以高压复合材料气瓶为主导产品。

蚌埠高新技术开发区,有招商引资项目:年产碳纤维气瓶2万只,C NG气瓶4千只。

区内有碳纤维工业园区,安徽华皖碳纤维有限公司:年产200吨聚丙烯腈基碳纤维。

湖南湘潭有招商项目:复合材料气瓶。

此外,还有许多新兴的厂家,皆跃跃欲试,今不冗叙。

倒是有许多有很强研究能力的大学和研究院所值得介绍。

2.11　哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学下属的复合材料研究所,对复合材料高压气瓶做如下研究:根据复合材料特有的3期张洁:国内复合材料气瓶发展及气瓶标准概况39　性质,建立更合理的模型。

包括:研究缠绕层材料的粘弹性本构关系;在考虑固化度、化学反应热、纤维张力、树脂粘度和固化反应等因素下考察缠绕和固化过程中树脂的流动模型;研究缠绕张力对内胆约束塑性变形的影响;考虑材料、工艺和结构一体化分析与优化的设计方法。

为求得验证,曾制造出体积为20升、质量小于6kg、工作压力为40MPa、爆破压力为70MPa的复合材料高压气瓶对外进行展示。

2.12　南京航空航天大学南京航空航天大学对复合材料气瓶做过市场考察,认为5L助力车液化气瓶、8L家用氧气瓶和2L 携带式氧气瓶很有市场前景,仅后者市场需求量约2万只/年以上。

在技术可行性分析方面,他们认为:复合材料缠绕气瓶的关键技术是疲劳设计技术和制造技术,疲劳设计技术包括内衬设计、接嘴设计和缠绕线型设计技术。

进入市场的策略是:首先研制压力等级较低的液化气瓶,积累经验后再开展压力等级较高的便携式复合材料氧气瓶和家用气瓶。

这是一个很实际的策略。

2.13　北京玻璃钢研究院北京玻璃钢研究院早年间就曾研制过复合材料氧气瓶,积累了许多经验。

现今,在复合材料气瓶研究方面,他们认为,对内胆采用了变壁厚的设计,将使结构更加合理。

另外,他们认为生产这类气瓶的关键技术包括:铝合金内胆的成形工艺、热处理工艺及强化工艺方法与参量;铝合金内胆结构的优化设计,张力缠绕工艺与内胆的变形匹配等。

2.14　西安向阳公司西安向阳公司所属“陕西非金属材料研究所”,即航天部四院第43研究所。

该所擅长于纤维缠绕高压容器的设计和制造。

对于全塑复合材料C NG 气瓶而言,他们认为:首先是金属瓶口的材料和设计形状;其次是瓶口与非金属内胆的结合及气密可靠性;第三是低温下内胆与复合材料的剥离;第四是非金属内胆要求所选用的树脂体系只能是中、低温固化体系,而这类树脂体系将不利于材料性能的发挥,从而导致水爆压力和疲劳寿命的稳定性较差。

与43所毗邻的41所更擅长于缠绕结构的理论分析。

有专家认为高压复合材料气瓶的初期设计,仍可用业界工程人士所掌握的“网格理论”进行,提出了气瓶爆破的薄弱环节仍然在封头,因此,可用加大缠绕角的办法增加封头纤维承受环向应力的能力。